專利名稱：一種組合式dc-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種組合式DC-DC變換器。
背景技術(shù)：
在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電整個過程中，逆變器作為向獨(dú)立負(fù)載或電網(wǎng)輸出電能的環(huán)節(jié)，須將蓄電池存儲的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，逆變器的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性直接影響到風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，因此它是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的重要組成部分之一。由于蓄電池直流輸出電壓要遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)交流電，不能直接轉(zhuǎn)換，逆變電路一般先通過DC-DC變換器實(shí)現(xiàn)升壓，然后采用DC-AC電路逆變。前級DC/DC變換器不僅要具有提升電壓的功能，還應(yīng)能在蓄電池輸出電壓寬范圍變化時，提供給后級逆變器穩(wěn)定的輸入電壓，并保證負(fù)載突然變化時也能穩(wěn)定工作，因此DC-DC變換器是逆變器的關(guān)鍵組成部分之一。目前常用的DC-DC變換器有單端正激式、單端反激式、推挽式等，但在考慮高功率輸出與寬范圍電壓輸入對整個 DC-DC變換器所造成的影響下，目前在設(shè)計(jì)DC-DC變換器時，主要存在以下三個方面設(shè)計(jì)難
占-
^ \\\ ·
(I)高功率輸出
高功率輸出所造成的開關(guān)管中的高功率電流一直是DC-DC變換器設(shè)計(jì)中所面臨的一個難題。這是由于高功率電流不僅會影響變換器的器件選型，更重要的是開關(guān)管中的高功率電流將會嚴(yán)重影響整個變換器的穩(wěn)定性。以48V/5kW的DC-DC變換器為例，假設(shè)變換器工作在輸出功率為5kW，輸入電壓48V條件下，可粗略估算出流過變換器中開關(guān)管的功率電流將會達(dá)到100A以上，峰值電流將會高于140A。這無疑會對器件選型和系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響。所以，必須通過合理設(shè)計(jì)DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)，降低流過開關(guān)管中的功率電流，從而達(dá)到提高變換器穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本的目的。(2)寬范圍電壓輸入
寬輸入電壓導(dǎo)致DC-DC變換器工作占空比變化范圍較大，會對DC-DC變換器的設(shè)計(jì)帶來一定的困難，在設(shè)計(jì)變壓器時，變比一般按低壓滿載來確定，這樣當(dāng)高壓輸入時，變壓器副邊電壓平臺較高。同時，由于變壓器漏感及線路電感的存在，在整流二極管關(guān)斷瞬間流過反向恢復(fù)電流，將會在整流二極管兩端產(chǎn)生較高的電壓尖峰。這不僅對整流二極管的安全工作不利，而且由于變壓器的耦合作用，將會引起原邊電流增大，帶來原邊主開關(guān)管的額外導(dǎo)通損耗。(3)蓄電池高輸出電流
蓄電池長時間工作在較高輸出電流條件下，將會嚴(yán)重影響蓄電池使用壽命，這無疑會增加系統(tǒng)的使用壽命和維護(hù)成本，不利于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。所以必須在設(shè)計(jì)DC-DC變換器控制電路時，充分考慮高輸出電流對蓄電池的影響，對蓄電池輸出電流進(jìn)行限制
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高效組合式DC-DC變換器，將蓄電池輸出的寬范圍、相對低壓直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高壓直流電，為逆變單元提供穩(wěn)定的高壓直流電。本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種組合式DC-DC變換器，在變壓器原邊繞組側(cè)并聯(lián)有N路參數(shù)相同的功率開關(guān)管，變壓器副邊繞組側(cè)采用同名端和異名端串聯(lián)連接后與整流電路連接，功率開關(guān)管的兩端并聯(lián)有吸收電路，吸收電路連接有能量回收電路；所述的吸收電路由電容和二極管串聯(lián)組成；電容的兩端連接在單端反激電路中升壓變壓器原邊兩端；所述的能量回收電路采用555定時器電路控制，555定時器電路通過三極管與吸收電路連接；濾波電感連接在變壓器原邊電壓Vin輸入側(cè)。本發(fā)明的有益效果是有效提高了系統(tǒng)對太陽能和風(fēng)能的利用率；能夠?qū)⑿铍姵剌敵龅膶挿秶⑾鄬Φ蛪褐绷麟娹D(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高壓直流電，為逆變單元提供穩(wěn)定的高壓直流電；可以有效降低風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的成本，使其能夠適應(yīng)新的工作要求。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的具體電路連接關(guān)系如下蓄電池VBat的一端與濾波電感Lfl連接，另一端與反向側(cè)繞組Np1_2連接；濾波電感Lfl的另一端分別與正向側(cè)繞組NplYNp2+Np3-!> Np4_!和反向側(cè)功率開關(guān)管組V2_2、V3_2、V4_2相連；正向側(cè)繞組Npl
-I、Νρ2-1、Νρ3-1、Νρ4-ι
分別與和反向側(cè)功率開關(guān)管組\_2、\_2、V3_2、v4_2相并聯(lián)；反向側(cè)繞組np1_2、np2_2、np3_2、np4_2分別與和正向側(cè)功率開關(guān)管組、+ V2_i、V3_i、V4^1相并聯(lián)；吸收電路Cl-I和Dl-I并聯(lián)在正向側(cè)功率開關(guān)管組Vh兩端，吸收電路C1-2和D1-2并聯(lián)在反向側(cè)功率開關(guān)管組\-2兩端；吸收電路C2-1和D2-1并聯(lián)在正向側(cè)功率開關(guān)管組V”兩端，吸收電路C2-2和D2-2并聯(lián)在反向側(cè)功率開關(guān)管組V2_2兩端；吸收電路C3-1和D3-1并聯(lián)在正向側(cè)功率開關(guān)管組Vp1兩端，吸收電路C3-2和D3-2并聯(lián)在反向側(cè)功率開關(guān)管組V3_2兩端；吸收電路C4-1和D4-1并聯(lián)在正向側(cè)功率開關(guān)管組AV1兩端，吸收電路C4-2和D4-2并聯(lián)在反向側(cè)功率開關(guān)管組V4_2兩端；電容Cl的一端接在正向側(cè)繞組^^和正向側(cè)功率開關(guān)管組Vh的交點(diǎn)，另一端接在反向側(cè)繞組&_2和反向側(cè)功率開關(guān)管組V"的交點(diǎn)；電容C2的一端接在正向側(cè)繞組Np2_dP正向側(cè)功率開關(guān)管組V1的交點(diǎn)，另一端接在反向側(cè)繞組％2_2和反向側(cè)功率開關(guān)管組V2_2的交點(diǎn)；電容C3的一端接在正向側(cè)繞組Np3_i和正向側(cè)功率開關(guān)管組Vp1的交點(diǎn)，另一端接在反向側(cè)繞組％3_2和反向側(cè)功率開關(guān)管組V3_2的交點(diǎn)；電容C4的一端接在正向側(cè)繞組Np4_JP正向側(cè)功率開關(guān)管組AV1的交點(diǎn)，另一端接在反向側(cè)繞組％4_2和反向側(cè)功率開關(guān)管組V4_2的交點(diǎn)；變壓器副邊繞組Nsi的同名端與整流二極管VDl的正極相連，Nsi的異名端與Ns2的同名端相連，Ns2的異名端與Ns3的同名端相連,Ns3的異名端與Ns4的同名端相連,Ns4的異名端與整流二極管VD3的正極相連；整流二極管VDl和VD3的負(fù)極相連，整流二極管VD2和VD4的正極相連；整流二極管VDl的正極和VD2的負(fù)極相連；整流二極管VD3的正極和VD4的負(fù)極相連；電容C5并聯(lián)在VDl和VD2的兩側(cè)；能量回收電路VTl的E極與吸收電路C1-1、C2-1、C3-1、C4-1的負(fù)極相連，VTl的C極與單端反激電路NI的異名端相連，VTl的B極與反相器的輸出相連；單端反激電路NI的同名端與吸收電路C1-1、C2-1、C3-1、C4-1的正極相連，VD6的負(fù)極接C5的正極，C7的正極接VD6的負(fù)極，C7的負(fù)極接地；VT2的E極與吸收電路Cl-2、C2-2、C3-2、C4-2的負(fù)極相連，VT2的C極與單端反激電路N2的異名端相連，VT2的B極與反相器的輸出相連；單端反激電路N2的同名端與吸收電路Cl-2、C2-2、C3-2、C4-2的正極相連，VD5的負(fù)極接C5的正極，C6的正極接VD5的負(fù)極，C6的負(fù)極接地；反相器的輸出接VTl和VT2的B極，反相器的輸入接555定時器的3腳，555定時器的4腳和8腳接VCC，555定時器的I腳接地，555定時器的6腳和2腳相連并與Ql的E極相連，555定時器的5腳與C8相連，C8的另一端接地，Ql的C極接555定時器的4腳和8腳，Ql的B極接Rl和R2之間，R2的另一端接地，R2的另一端接穩(wěn)壓管VD7的正極，穩(wěn)壓管VD7的負(fù)極接輸入電壓V0。工作原理
(I)針對傳統(tǒng)DC-DC變換器中開關(guān)管的高功率電流過大的問題，本專利采用“并聯(lián)分 流”的設(shè)計(jì)思想，即在不降低輸出功率的條件下，將N路參數(shù)相同的功率開關(guān)管在變壓器原邊側(cè)進(jìn)行并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對功率電流的平均分配，將原有的半周期內(nèi)單管流過的功率電流分配到N個開關(guān)管中，大大降低了流過各開關(guān)管中的功率電流值，約為采用傳統(tǒng)推挽正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的1/N，解決了由于電流值過高對開關(guān)器件選型所造成的不利影響，同時提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。(2)在變壓器副邊高壓輸出側(cè)，本專利采用“疊加原理”的設(shè)計(jì)思想，采用“同名端一異名端一同名端……異名端”的串聯(lián)連接方式，將變壓器副邊輸出電壓疊加輸出，獲得所需要的高壓交變電壓，在降低單個變壓器輸出功率的同時，可以有效降低變壓器原副邊匝數(shù)比，降低變壓器繞組的電流密度，減小變壓器設(shè)計(jì)難度，同時提高變壓器工作穩(wěn)定性。(3)變換器正常工作時，初級繞組的漏感會在功率開關(guān)管關(guān)斷時刻在其兩端產(chǎn)生瞬間電壓尖峰，為了保護(hù)功率管不被擊穿，傳統(tǒng)的DC-DC變換器一般采用RC等吸收電路把能量消耗掉。與一般的吸收電路把能量消耗在電阻上不同，以第一個推挽正激變換器為例，本專利將Cl-I和Dl-I，C1-2和D1-2構(gòu)成吸收回路，用來抑制功率管Vl-I，V1-2關(guān)斷時產(chǎn)生的瞬間高壓，吸收的能量在電電路通過Cl-1、C1-2收集漏感能量，利用能量回收電路把功率管兩端收集的能量經(jīng)過單端反激電路NI、N2升壓變換后饋送到直流母線上，從而有效地提高DC-DC變換器的工作效率。(4)本專利與傳統(tǒng)的DC-DC變換器的區(qū)別在于將濾波電感從整流二極管后側(cè)移到了變壓器原邊電壓Vin輸入側(cè)。由于電感直接接在輸入測，因而輸入電流連續(xù)，電流紋波小，有利于提高蓄電池的效率和工作壽命；另外變壓器次級無續(xù)流電感，因而次級緩沖電路可以省略，電路結(jié)構(gòu)更簡單，有利于降低成本。工作過程 ①階段I [tcrtj
t0開始，驅(qū)動信號Driverl為高電平，Driver2為低電平，從而使V1-1，V2-1，V3-1，V4-1均處于導(dǎo)通狀態(tài)。蓄電池直流電源經(jīng)過輸出濾波電感Lfl濾波后，將其直流功率電流進(jìn)行并聯(lián)分流，同時輸入四組正向側(cè)繞組，此時在變壓器每組副邊繞組兩端，均會產(chǎn)生電壓值為nXVpl磁感應(yīng)電動勢，其中η為變壓器原副邊匝數(shù)比。由于變壓器副邊采用“同名端一異名端一同名端……異名端”的串聯(lián)連接方式，將會產(chǎn)生一個由4個變壓器繞組磁感應(yīng)電動勢疊加產(chǎn)生的較高電壓的電動勢Vst。在整流輸出側(cè)，整流二極管VD2，VD3導(dǎo)通，經(jīng)過C5濾波后，輸出高壓直流電，直至h時刻驅(qū)動信號Driverl降為低電平，正向側(cè)開關(guān)管組V1-1，V2-1, V3-1，V4-1關(guān)斷，階段I結(jié)束。②階段2[tft2]
在^時刻結(jié)束后，驅(qū)動信號Driverl與Driver2均降為低電平，使Vl-1，V2-1，V3-1，V4-1恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)，此時所有開關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)。變壓器的原邊電流沿低壓電源、正負(fù)相繞組與耦合電容構(gòu)成的回路環(huán)流，在整流輸出側(cè)，整流二極管VD1，VD4導(dǎo)通，經(jīng)過C5濾波后，輸出高壓直流電，直至t2時刻驅(qū)動信號Driver2降為低電平，反向開關(guān)管組Vl-2，V2-2，V3-2, V4-2導(dǎo)通，階段2結(jié)束。
③階段3[t2_t3]
T2開始，驅(qū)動信號01'“61'1為低電平，01^￥6^為高電平，從而使￥1-2，￥2-2，￥3-2，￥4-2均處于導(dǎo)通狀態(tài)。蓄電池直流電源經(jīng)過輸出濾波電感Lfl濾波后，將其直流功率電流進(jìn)行并聯(lián)分流，同時輸入四組反向側(cè)繞組，此時在變壓器每組副邊繞組兩端，均會產(chǎn)生電壓值為nXVpl磁感應(yīng)電動勢，其中η為變壓器原副邊匝數(shù)比。由于變壓器副邊采用“同名端一異名端一同名端……異名端”的串聯(lián)連接方式，將會產(chǎn)生一個由4個變壓器繞組磁感應(yīng)電動勢疊加產(chǎn)生的較高電壓的電動勢Vst。在整流輸出側(cè)，整流二極管VD2，VD3導(dǎo)通，經(jīng)過C5濾波后，輸出高壓直流電，直至h時刻驅(qū)動信號Driverf降為低電平，反向側(cè)開關(guān)管組V1-2，V2-2, V3-2，V4-2關(guān)斷，階段3結(jié)束。④階段4[t3_t4]
階段4與階段2原理基本相同，在此不再累述。⑤能量回收電路控制過程
當(dāng)輸入Vo的電壓高于設(shè)定值時，穩(wěn)壓管VD7被擊穿，三極管Ql導(dǎo)通，555定時器的2腳和6腳為高電平，555定時器3腳輸出低電平，再通過反相電路輸出高電平，驅(qū)動VTl和VT2導(dǎo)通，能量回收電路開始工作；反之，Ql關(guān)斷，555定時器3腳輸出高電平，再通過反相電路輸出低電平，驅(qū)動VTl和VT2截止，能量回收電路停止工作。
權(quán)利要求
1.一種組合式DC-DC變換器，其特征在于在變壓器原邊繞組側(cè)并聯(lián)有N路參數(shù)相同的功率開關(guān)管，變壓器副邊繞組側(cè)采用同名端和異名端串聯(lián)連接后與整流電路連接，功率開關(guān)管的兩端并聯(lián)有吸收電路，吸收電路連接有能量回收電路；所述的吸收電路由電容和二極管串聯(lián)組成；電容的兩端連接在單端反激電路中升壓變壓器原邊兩端；所述的能量回收電路采用555定時器電路控制，555定時器電路通過三極管與吸收電路連接；濾波電感連接在變壓器原邊電壓Vin輸入側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合式DC-DC變換器，涉及發(fā)電逆變技術(shù)領(lǐng)域。該變換器是在變壓器原邊繞組側(cè)并聯(lián)有N路參數(shù)相同的功率開關(guān)管，變壓器副邊繞組側(cè)采用同名端和異名端串聯(lián)連接后與整流電路連接，功率開關(guān)管的兩端并聯(lián)有吸收電路，吸收電路連接有能量回收電路；所述的吸收電路由電容和二極管串聯(lián)組成；電容的兩端連接在單端反激電路中升壓變壓器原邊兩端；所述的能量回收電路采用555定時器電路控制，555定時器電路通過三極管與吸收電路連接；濾波電感連接在變壓器原邊電壓Vin輸入側(cè)。優(yōu)點(diǎn)有效提高了系統(tǒng)對太陽能和風(fēng)能的利用率；能夠?qū)⑿铍姵剌敵龅膶挿秶⑾鄬Φ蛪褐绷麟娹D(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高壓直流電，為逆變單元提供穩(wěn)定的高壓直流電。
文檔編號H02M3/335GK102832821SQ20121032135
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者周天沛, 代洪 申請人:徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院